湿化学处理后InP表面的研究

引言

本文将讨论在不同的湿化学溶液中浸泡后对InP表面的氧化物的去除。本文将讨论接收衬底的各种表面成分，并将有助于理解不同的外原位湿化学处理的影响。这项工作的重点将是酸性和碱性溶液。许多报告表明，硫可以用来钝化III-V表面。本研究通过SRPES研究了湿化学处理后的一个(nh4)2s钝化步骤的影响。此外，我们还分别用接触角(CA)、扫描隧道显微镜(STM)和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)对各种处理后的表面润湿性能、形态和蚀刻速率进行了研究。

实验

所有样品均为掺锌(3×1017 cm3)p型磷化铟(100)衬底。样品在制备好的2 M盐酸、1.8m h2so 4(50℃)、15.2 M NH4OH或2.9 M (NH4)2S溶液中进行5分钟的异位处理，然后在去离子H2O中冲洗3分钟，并用N2吹干。晶片立即储存在N2清洗箱中，并运送至测量装置，将总空气暴露时间限制在最长5分钟，包括晶片干燥。在一系列光谱中，确定了一组一致的成分。在这样的一组中，化学位移和峰值加宽被固定在30兆电子伏的间隔内，而自旋轨道分裂是不允许变化的。

扫描隧道显微镜是在一个基础压力为5×10-11毫巴的系统中进行的。所描绘的图像是在2伏偏压和100帕范围内的电流下获得的。样品制备程序与用于十六次测量的程序相同.使用数据物理OCA 230L接触角系统分析了这些特性。

结果和讨论

不同湿化学处理后磷化铟的表面成分：根据接触角(CA)测量值(表一)得出的不同水性处理后磷化铟表面的润湿性可用作表面终止的指标，因为氧化物的存在会产生亲水性表面。而对于碱性NH4OH处理，获得了接触角低于30°的相当亲水的表面，HCl和H2SO4处理都产生了疏水表面(CA≥60°)。相对较高的接触角表明，与NH4OH溶液相比，浸入酸性溶液后几乎没有表面氧化物残留。

表一 不同湿式化学处理后InP表面的接触角

图2a显示了在硫酸中浸泡后磷化铟表面的2p光谱。观察到P0和磷低价氧化物的存在，但是检测到较少的氧化磷。可能发现的少量表面氧化物峰是由于样品装载所需的有限空气暴露期间的再氧化，或者是氧化物去除不完全的结果。In 3d5/2光谱(图2b)配有铟-磷底物峰，并额外检测到In0和In3+氧化物。尽管这些光谱的完全量化相当复杂，但观察到In3+显著减少。浸入盐酸溶液中(图2c–2d)产生具有稍微更少In3+和P5+氧化物的可比起始表面。两种酸化处理导致P0峰的贡献更大(图3)到2p光谱，也检测到少量的低价氧化物。此外，发现在酸处理的磷化铟表面上氧化铟的含量高于氧化磷。这可能是由于铟氧化物的溶解速率较低，或者是由于铟的终止。与接收表面相比，所有处理仅检测到一个氧化磷峰(CS = 4.20 eV)，表明存在Inx(HPO4)y，而不是化学计量的InPO4.总的来说，这些结果表明两种酸化溶液都有效地去除了磷化铟的天然氧化物，但是在表面观察到了P0、In0和磷低价氧化物等成分。

图2 经过硫酸（上)、盐酸(中间）和氢氧化铵（下）处理后的InP表面的P2p谱（左）和In3d5/2谱(右）

两步清洗过程后InP的表面组成：如前一部分所示，所有不同的湿式化学处理都没有观察到InP表面的蚀刻。然而，由于大多数污染物存在于表面（例如颗粒、金属）和CMP处理导致（次）表面损伤，顶层的轻微蚀刻应导致更受控制的起始表面进行外延生长或介电沉积。20因此，提出了一种两步清洗工艺，以提高表面质量。在第一步中，将InP表面浸入过氧化氢(0.25M)/HCl(1M)溶液5分钟，其蚀刻速率为±为1.5nm/min。16其次，在2M盐酸溶液中去除剩余的氧化物。图9显示了这两步过程后InP表面的P2p和In3d5/2光谱。可以观察到，这两种光谱可与盐酸处理表面，几乎没有检测到氧化磷和最小氧化铟含量。这表明蚀刻步骤对表面成分的影响最小，即保持化学计量学。

图9 经过两步清洗过程后，InP表面的P2p谱（左）和In3d5/2谱（右）

结论

综上所述，研究了不同的湿式化学处理对InP表面组成的影响。此外，还对酸性(HCl/h2so4)和中碱性（氢氧化铵）湿化学处理后的表面组成和形态进行了研究。浸泡在氢氧化铵溶液中后，存在天然氧化物，这是归因于In2O3在较高的pH值下的不溶性。盐酸和硫酸都能有效地去除天然氧化物，尽管P0、In0和P（2±）+亚氧化物仍然存在。我们已经证明，(nh4)2S溶液导致更少的p2p组分，这表明获得了更高质量的表面。将半导体在HCl/h2o2溶液中进行轻微蚀刻，然后去除天然氧化物，对表面组成没有显著影响。